Prošlo je više od milijardu godina od pojave jednoćelijskih organizama do „pronalaska“ ćelijskog jezgra i rađanja niza drugih inovacija. Tek tada se otvorio put prvim višećelijskim stvorenjima, koja su dovela do tri carstva životinja, biljaka i gljiva. Evropski naučnici izneli su novo objašnjenje za ovu transformaciju, koje je u suprotnosti sa prethodno postojećim idejama.
Prokarioti (prednuklearni jednoćelijski organizmi) rođeni su prije otprilike 3,8 milijardi godina. Organizmi naprednije strukture - eukarioti (njihove ćelije sadrže jezgro) - nastali su prije više od dvije milijarde godina. A od njih je, prije otprilike milijardu godina, već započela evolucija višećelijskih stvorenja.
Sada su dva takva stvorenja - Nick Lane sa University College London (UCL) i William Martin sa Instituta za botaniku Univerziteta u Dizeldorfu - razvila originalnu teoriju. Prema njemu, ispada da ključ za nastanak eukariota nije bio pronalazak jezgra (kako naučnici tvrde već 70 godina), već pojava mitohondrija.
Općenito je prihvaćeno da su najprije od prokariota rođene naprednije nuklearne ćelije, oslanjajući se na stare energetske mehanizme, a tek kasnije su novi regruti dobili mitohondrije. Potonjima je pripisana važna uloga u daljoj evoluciji eukariota, ali ne i uloga kamena temeljca koji leži u njegovoj osnovi.
"Pokazali smo da prva opcija neće raditi. Da bi ćelija razvila kompleksnost, potrebne su joj mitohondrije", objašnjava Martin. „Naša hipoteza pobija tradicionalno gledište da su za tranziciju u eukariotske ćelije potrebne samo odgovarajuće mutacije“, ponavlja Lane.
Pojava mitohondrija u energetskom smislu može se uporediti sa izumom rakete nakon kolica, jer su nuklearne ćelije u proseku hiljadu puta veće zapremine od ćelija bez jezgra.
Potonji, čini se, također može povećati veličinu i složenost uređaja (ovdje postoji nekoliko upečatljivih primjera). Ali na ovom putu, sićušna stvorenja se suočavaju s problemom: kako rastu geometrijski, omjer površine i zapremine brzo opada.
U međuvremenu, jednostavne ćelije stvaraju energiju koristeći membranu koja ih pokriva. Dakle, velika prokariotska stanica može imati dovoljno prostora za nove gene, ali jednostavno nema dovoljno energije da sintetizira proteine prema ovim "uputstvima".
Jednostavno povećanje nabora vanjske membrane zapravo ne pomaže situaciji (iako su takve ćelije poznate). Ovakvim načinom povećanja snage povećava se i broj grešaka u radu energetskog sistema. Neželjeni molekuli se nakupljaju u ćeliji i mogu je uništiti.
Mitohondrije su briljantan izum prirode. Povećanjem njihovog broja moguće je povećati energetske sposobnosti ćelije bez povećanja njene vanjske površine. Štaviše, svaka mitohondrija takođe ima ugrađene mehanizme kontrole i popravke.
Autori rada su izračunali da bi prosječna eukariotska ćelija teoretski mogla nositi 200 hiljada puta više gena od prosječne bakterije. Eukariote možemo zamisliti kao biblioteku sa velikim brojem polica – ispunite je knjigama do mile volje. Pa, prošireni genom je osnova za dalje poboljšanje strukture ćelije i njenog metabolizma, pojavu novih regulatornih lanaca.
Prema Lane i Martinovim proračunima, za svaki gen svog nasljednog koda, eukarioti imaju četiri do pet redova veličine više energetskih rezervi od bakterija. Sa ove tačke gledišta, bakterije su na dnu energetskog ponora iz kojeg ne mogu izaći.
Prelazak ćelija na proizvodnju energije pomoću mitohondrija može se uporediti sa industrijskom revolucijom. Umjesto linearnog povećanja veličine manufakture, ćelije su napravile kvalitativnu promjenu: izgradile su “fabriku” i u nju ugradile nizove specijalizovanih “mašina”.
Stoga, unatoč milijardama godina postojanja, prokarioti i dalje ostaju relativno jednostavna stvorenja, a eukarioti su davno izmislili nova sredstva za prijenos signala između stanica i zakoračili prema višećelijskim oblicima života. Mi sa vama.
Teorija evropskih naučnika, inače, takođe može biti korisna u proceni verovatnoće postojanja složenih oblika života na drugim svetovima.
Činjenica je da su primjeri bakterija koje apsorbiraju druge stanice izuzetno rijetki. To znači da, nakon što je život nastao, može se zadržati mnogo eona u jednostavnom jednoćelijskom stadiju. Sve dok joj srećna prilika ne pomogne da osmisli tvornice unutarćelijske energije. "Osnovni principi su univerzalni. Čak i vanzemaljcima su potrebni mitohondriji", zaključuje Lane.
Opće informacije
Prokarioti(lat. Procariota, od lat. pro- “prije”, “prije” i grčki. karyon- "jezgro"), ili bez nuklearne energije- jednoćelijski živi organizmi koji nemaju (za razliku od) formirano ćelijsko jezgro.
Prokariotske stanice karakteriziraju odsustvo nuklearne membrane; DNK se pakira bez sudjelovanja histona.
Genetski materijal prokariota predstavlja jedan molekul DNK zatvoren u prsten; postoji samo jedan replikon. Ćelije nemaju organele sa membranskom strukturom.
Karakteristične karakteristike prokariota
- Nedostatak formalnog jezgra
- Prisustvo flagela, plazmida i gasnih vakuola
- Strukture u kojima se odvija fotosinteza - hlorosomi
- Oblici reprodukcije- aseksualna metoda, postoji pseudoseksualni proces, usljed kojeg se razmjenjuju samo genetske informacije, bez povećanja broja ćelija.
- Veličina ribosoma- 70s (na osnovu koeficijenta sedimentacije razlikuju se i ribozomi drugih vrsta, kao i podčestice i biopolimeri koji čine ribozome).
Evolucija prokariota
Prema drugoj teoriji, nije postojao zajednički predak kao takav, a prve protozoe koje su živjele u to vrijeme, uz pomoć horizontalnog prijenosa gena između sebe, neprestano su evoluirale. Pretpostavlja se da je u najranijim fazama evolucije postojala neka vrsta zajedničkog gena „komunalne ekonomije“. Slika evolucijskih veza u svijetu predaka prokariota nije bila toliko drvo koliko neka vrsta micelija s isprepletenom mrežom horizontalnih prijenosa u najrazličitijim i neočekivanim smjerovima. Kako su organizmi postajali složeniji i razvijali se mehanizmi seksualne reprodukcije i reproduktivne izolacije, horizontalni prijenos je postajao sve manje uobičajen. Istovremeno, zahvaljujući virusima bakteriofaga, bakterije razvijaju i jednostavan imuni sistem.
Za razliku od eukariotske ćelije, prokariotska ćelija stvara energiju ne uz pomoć mitohondrija (koji mu nedostaju), nego koristeći membranu koja ih pokriva. Kao posljedica toga, prokariotska stanica nema dovoljno energije za sintezu proteina. Jednostavno povećanje nabora vanjske membrane zapravo ne pomaže situaciji (iako su takve ćelije poznate). Ovakvim načinom povećanja snage povećava se i broj grešaka u radu energetskog sistema. Neželjeni molekuli se nakupljaju u ćeliji i mogu je uništiti. Sve je to dovelo do činjenice da su prokariotske ćelije ostale hiljade puta manje od eukariotskih ćelija i da je njihov genomski materijal bio nekoliko puta manji od naprednijih eukariota.
Podjela prokariotske klasifikacije:
| Pod-Carstvo: | ||
| Nadkraljevstvo: | Prokarioti | |
| Kraljevstvo: | Bakterije | Archaea |
Evolucija ćelijskih organizama
Pojava prvih ćelijskih organizama: prije više od 4 milijarde godina
Prvi jednostavni jednoćelijski organizmi (prokarioti) pojavili su se prije više od 4 milijarde godina.Nedavno su u najstarijim arhejskim sedimentnim stijenama na Zemlji, pronađenim na jugozapadu Grenlanda, otkriveni tragovi složenih ćelijskih struktura koje datiraju prije najmanje 3,86 milijardi godina.
Prema jednoj teoriji, prije oko 4,1 - 3,6 milijardi godina tokom Eoarhejskog perioda, od raznolikosti jednoćelijskih živih bića (prokariota) koja su postojala u to vrijeme (slika 1), naš prvi zajednički predak, koji je tada živio, podijelio se u nekoliko grana, koje su se potom podijelile na trenutno postojeća carstva (životinje, biljke, gljive, protisti, kromisti, bakterije, arheje i virusi). Vremenom, ostali stanovnici tog perioda nisu mogli da izdrže konkurenciju sa njima i nestali su sa lica Zemlje.
Prema drugoj teoriji, nije postojao zajednički predak kao takav, a prve protozoe koje su živjele u to vrijeme, uz pomoć horizontalnog prijenosa gena između sebe, neprestano su evoluirale. Pretpostavlja se da je u najranijim fazama evolucije postojala neka vrsta zajedničkog gena „komunalne ekonomije“. Slika evolucijskih veza u svijetu predaka prokariota nije bila toliko drvo koliko neka vrsta micelija s isprepletenom mrežom horizontalnih prijenosa u najrazličitijim i neočekivanim smjerovima. Kako su organizmi postajali složeniji i razvijali se mehanizmi seksualne reprodukcije i reproduktivne izolacije, horizontalni prijenos je postajao sve manje uobičajen (slika 2). Istovremeno, zahvaljujući virusima bakteriofaga, bakterije razvijaju i jednostavan imuni sistem.
Istovremeno je došlo do simbiogeneze - mitohondrije i plastidi, u obliku nezavisnih jednoćelijskih organizama koji su postojali u to vrijeme, postali su dio veće ćelije, postajući endosimbionti. Postepeno su izgubili sposobnost samostalnog postojanja i pretvorili se u organoidi . R Razvijajući se zajedno, endosimbiont je postepeno usavršavao jednu vještinu - sintezu ATP . Unutrašnja ćelija se smanjila u veličini i prenijela neke od svojih manjih gena u jezgro. Tako su mitohondrije zadržale samo onaj dio originalne DNK koji im je bio potreban da rade kao “živa elektrana”.
To je dovelo do pojave u paleoproterozojskoj eri (prije više od 2 milijarde godina) prvih eukariota koji su posjedovali jezgro i bili su preci modernih životinja, biljaka, protista i kromista.
Sljedećih skoro 1,5 milijardi godina jednoćelijski organizmi su besprijekorno vladali na našoj planeti, sve dok se u edikarijskom periodu nisu pojavila prva višećelijska stvorenja, prije oko 630 miliona godina. U početku su najjednostavniji hoanflagelati, za koje se vjeruje da stoje na granici jednostanične i višećelijske, formirali embrionalne kolonije samo uz pomoć bakterijskog lipida, koji se dobiva iz pojedenih bakterija, spojeni su u višećelijske strukture. Sljedeći korak bila je pojava u istom periodu prvih pravih višećelijskih makroorganizama - ti organizmi su se pojavili na Zemlji odmah nakon marinoanske glacijacije - jedne od faza globalne glacijacije, kada je naša planeta bila potpuno prekrivena ledom dugi niz milijuna godina. Ovakvi neobični oblici se više nikada neće pojaviti u prirodi. To su uglavnom organizmi mekog tijela koji se sastoje od pojedinačnih fraktala. Veličine tijela su im varirale od jednog centimetra do jednog metra. Izgledali su tako neobično da su se naučnici dugo vremena raspravljali o tome kojem bi se kraljevstvu - biljkama ili životinjama - mogli pripisati.
Prije oko 480-460 miliona godina u siluru, prve biljke su se pojavile na kopnu (prema drugim izvorima, to se dogodilo u gornjem kambriju prije 499-488 miliona godina), a 50 miliona godina kasnije u devonskom periodu, nakon biljke, prve životinje (iako postoje neki dokazi koji pokazuju da su prve kopnene životinje živjele u silurijskom (sl. 3) ili čak vendskom periodu). Nakon toga je počeo brzi razvoj svih vrsta živih bića, čiji smo potomci.
Klasifikaciona podjela:
Gdje možete vidjeti život kakav je bio u trenutku vašeg rođenja? Poznati filmski režiser James Cameron uvjeren je da se to može učiniti spuštanjem na dno Marijanskog rova. Ekosistemi koje je hrabri putnik tamo otkrio podsjećaju na one koji su postojali na našoj planeti prije više od tri milijarde godina.
James Cameron je u sklopu svog novog rada došao do neočekivanog otkrića: na dnu Marijanske brazde na dubini od 10,9 kilometara žive mikrobne prostirke - biofilmovi koji se hrane supstancama koje izvlače iz sedimenata dna. Slična staništa i procesi koji se u njima odvijaju, vjeruju istraživači, u drevnim vremenima doveli su do kemijske reakcije, uslijed koje su se prvi živi organizmi pojavili na Zemlji, a možda i na drugim mjestima u Sunčevom sistemu.
"Mislimo da ova hemijska reakcija može biti u osnovi metabolizma", kaže Kevin Hand, astrobiolog iz kalifornijske Laboratorije za mlazni pogon (JPL). "Možda je to pokretačka snaga koja je dovela do pojave života. Možda ne samo ovdje, već i u svjetovima kao što je Evropa (ledeni Jupiterov mesec)."
Cameronova misija Deepsea Challenger izvršila je niz zarona, uključujući jedno zaron s ljudskom posadom, u Marijansku brazdu između 31. januara i 3. aprila ove godine. Cameron je lično zaronio u morske dubine. Spustivši se na dno, režiser se nije samo divio okolnom pejzažu: Cameron je uzeo uzorke tla i napravio brojne fotografije. Pošavši na sprat, Cameron je novinarima rekao da je dole prilično tmurno, a dno izgleda kao površina Meseca. Međutim, za razliku od beživotnog satelita Zemlje, život još uvijek vreba u hladnim dubinama okeana.
Bakterijski prostirke koje su pronašli istraživači predstavljaju prilično rasprostranjen prokariotski ekosistem od davnina. Iako ga neki istraživači smatraju analogom višećelijskog organizma, bakterije koje se nalaze u "ćilim" djeluju na bolno koordiniran način. Otirač u pravilu ujedinjuje nekoliko grupa "uskih" stručnjaka: neki, na primjer, razgrađuju samo sumporovodik, drugi preferiraju sulfide, treći sulfate itd. Dakle, prostirka "radi" koristeći gotovo sve resurse u obliku hemijskih spojeva koji postoje okolo, a članovi ove kolonije dijele jedni s drugima organsku materiju koja nastaje ovom raznolikom kemosintezom.
Zanimljivo je i da je često "otpad" nekih bakterija koje čine prostirku koristan resurs za druge. To se lako može pokazati na primjeru koegzistencije dviju grupa bakterija - fotosintetičara sumporovodika i reduktora sulfata. Prvi od njih može fotosintetizirati koristeći ne kisik, kao više biljke, već sumporovodik. Međutim, nusproizvod njihove aktivnosti su sumporni oksidi, koji, jednom u vodi, odmah formiraju sumpornu kiselinu, a zatim i sulfate. Ovi sulfati su poželjna hrana za reduktore sulfata, koji ih redukuju vodonikom. Ali nusprodukt ovog procesa je sumporovodik, koji koristi prva grupa bakterija.
Dakle, ako dvije grupe ovih bakterija žive unutar iste prostirke, tada će formirati potpuno samodovoljan ekosistem. A ako im dodamo bakterije koje oksidiraju metan kao donore vodika (oni oksidiraju metan da tvore ugljični dioksid i molekularni vodik) i metonogene bakterije, koje korištenjem ugljičnog dioksida i molekularnog vodika proizvedenog u oksidantima metana, kao nusproizvod dobijaju isto metana koji je toliko potreban prvoj grupi, tada će “privredna aktivnost” postati još uravnoteženija. Tada ne morate ići daleko po vodik; drugi članovi kolonije ga mogu nabaviti. Jednom riječju, prostirka je biljka gotovo bez otpada, koju ljudi još nisu uspjeli stvoriti, ali ju je priroda rodila prije više od tri milijarde godina!
U Marijanskom rovu, kako su pokazali rezultati ekspedicije, ne žive samo mikrobni "tepisi" - tamo je primijećeno i nekoliko drugih predstavnika životinjskog svijeta koji su dosad bili nepoznati nauci. Na primjer, džinovski 17-centimetarski rakovi amfipodi ( Amphipoda), u Rusiji ih zovu amfipodi, po izgledu su vrlo slični škampima. Istraživanja na ovim rakovima su pokazala da njihova tijela sadrže spojeve koji pomažu tkivima da rade efikasnije pod ekstremno visokim pritiskom.
"Jedno od ovih jedinjenja je sciloinozitol, koji je po sastavu identičan lijeku koji se trenutno testira za uništavanje amiloidnih plakova, koji su povezani s razvojem Alchajmerove bolesti", kaže Doug Bartlett, mikrobiolog sa Scripps Instituta za oceanografiju na Univerzitetu. Kalifornije, San Dijego. Još 20 hiljada mikroba uzetih iz Marijanskog rova čeka svoj red na istraživače.
Još jedan "pridošlica" pronađen je na dubini od 8,2 kilometra u rovu Nove Britanije kod obale Papue Nove Gvineje. Ispostavilo se da je to predstavnik morskih krastavaca, ili morskih krastavaca ( Holothurioidea) - smiješna stvorenja iz grupe bodljokožaca ( Echinodermata). "Postojali su u ovim dubinama u prošlosti, ali nisu snimljeni na filmu. Vidjeli smo jednu od njih i mislimo da predstavlja novu vrstu", kaže Bartlett. A zidovi rova ukrašeni su ogromnim brojem žiravih crva, dubokomorskih beskičmenjaka koji svojim spiralnim izmetom prekrivaju dno depresije. "Ako nikada niste s ljubavlju razmišljali o crvima, svidjet će vam se nakon što pogledate ovaj video", kaže Bartlett.
Cameronov video prikazuje ne samo život u dubokom moru, već i najstarije morsko dno na planeti. Prije sto osamdeset miliona godina, kada su dinosaurusi još hodali Zemljom, stijene na dnu Marijanskog rova bile su vruća lava. A snimak koji je režiser snimio u rovu Nove Engleske mogao bi se pokazati kao rekord za dubinu mjesta snimanja jastuka od lave, smatra pomorski geolog Patty Fryer sa Univerziteta Hawaii u Honoluluu.
Izmijenjene stijene koje hrane mikrobne prostirke dio su mladih tektonskih ploča koje leže na vrhu drevnog dna Tihog okeana. Marijanski rov je zona subdukcije u kojoj su se sudarile dvije tektonske ploče i jedna od njih skliznula preko druge. Voda koja prodire kroz hrpe kamenja mijenja sastav stijena kroz serpentinizaciju. Tokom ovog procesa nastaju sumpor, metan i vodonik, koji obezbeđuju hranu za bakterije.
Poslednjih godina, naučnici su verovali da je rani život na Zemlji počeo pre oko četiri milijarde godina u zonama subdukcije kao što je Marijanski rov. U tim rovovima temperatura je bila niža, a serpentinizirane stijene dale su neophodan poticaj hemijskoj reakciji koja je dovela do nastanka života.
"Ovi rovovi bi mogli biti mjesto gdje je život počeo", kaže Cameron. "To je misterija koju treba riješiti. Nadamo se da ćemo još uvijek roniti." Za sada se ne planiraju novi zaroni, ali, prema riječima direktora, podmornica i dubokomorska vozila su u ispravnom stanju i sada se nalaze na teritoriji njegove vile.
Ima dugu istoriju. Sve je počelo prije otprilike 4 milijarde godina. Zemljina atmosfera još nema ozonski omotač, koncentracija kiseonika u vazduhu je veoma niska i na površini planete se ništa ne čuje osim erupcije vulkana i buke vetra. Naučnici vjeruju da je tako izgledala naša planeta kada je na njoj počeo da se pojavljuje život. Ovo je veoma teško potvrditi ili opovrgnuti. Stijene koje bi ljudima mogle pružiti više informacija uništene su davno, zahvaljujući geološkim procesima planete. Dakle, glavne faze evolucije života na Zemlji.
Evolucija života na Zemlji. Jednoćelijski organizmi.
Život je započeo pojavom najjednostavnijih oblika života - jednoćelijskih organizama. Prvi jednoćelijski organizmi su bili prokarioti. Ovi organizmi su se prvi pojavili nakon što je Zemlja postala pogodna za život. ne bi dozvolio da se na njegovoj površini i u atmosferi pojave čak ni najjednostavniji oblici života. Ovom organizmu nije bio potreban kiseonik za svoje postojanje. Povećana je koncentracija kisika u atmosferi, što je dovelo do pojave eukarioti. Za ove organizme kisik je postao glavna stvar za život; u okruženju gdje je koncentracija kisika bila niska, nisu preživjeli.
Prvi organizmi sposobni za fotosintezu pojavili su se milijardu godina nakon pojave života. Ovi fotosintetski organizmi su bili anaerobne bakterije. Život se postepeno počeo razvijati i nakon što je sadržaj dušičnih organskih spojeva opao, pojavili su se novi živi organizmi koji su mogli koristiti dušik iz Zemljine atmosfere. Takva su stvorenja bila plavo-zelene alge. Evolucija jednoćelijskih organizama dogodila se nakon strašnih događaja u životu planete i sve faze evolucije bile su zaštićene pod magnetnim poljem Zemlje.
Vremenom su najjednostavniji organizmi počeli da se razvijaju i poboljšavaju svoj genetski aparat i razvijaju metode razmnožavanja. Zatim je u životu jednoćelijskih organizama došlo do prijelaza na podjelu njihovih generativnih stanica na muške i ženske.
Evolucija života na Zemlji. Višećelijski organizmi.
Nakon pojave jednoćelijskih organizama, pojavili su se složeniji oblici života - višećelijskih organizama. Evolucija života na planeti Zemlji dobila je složenije organizme, koje karakterizira složenija struktura i složene prijelazne faze života.
Prva faza života - Kolonijalni jednoćelijski stadijum. Prijelaz iz jednoćelijskih organizama u višećelijske, struktura organizama i genetski aparat postaje složeniji. Ova faza se smatra najjednostavnijim u životu višećelijskih organizama.
Druga faza života - Primarni diferencirani stadij. Složeniju fazu karakterizira početak principa “podjele rada” između organizama jedne kolonije. U ovoj fazi dolazi do specijalizacije tjelesnih funkcija na nivou tkiva, organa i sistemskih organa. Zahvaljujući tome, nervni sistem se počeo formirati u jednostavnim višećelijskim organizmima. Sistem još nije imao nervni centar, ali je postojao centar za koordinaciju.
Treća faza života - Centralno diferencirana faza. Tokom ove faze, morfofiziološka struktura organizama postaje složenija. Poboljšanje ove strukture nastaje povećanjem specijalizacije tkiva, a nutritivni, ekskretorni, generativni i drugi sistemi višećelijskih organizama postaju složeniji. Nervni sistem razvija dobro definisan nervni centar. Poboljšavaju se metode reprodukcije - od vanjske do unutrašnje oplodnje.
Zaključak treće faze života višećelijskih organizama je pojava čovjeka.
Svijet povrća.
Evolucijsko stablo najjednostavnijih eukariota bilo je podijeljeno u nekoliko grana. Pojavile su se višećelijske biljke i gljive. Neke od ovih biljaka mogle su slobodno plutati na površini vode, dok su druge bile pričvršćene za dno.
Psilofiti- biljke koje su prve ovladale zemljom. Zatim su nastale druge grupe kopnenih biljaka: paprati, mahovine i druge. Ove biljke se razmnožavaju sporama, ali preferiraju vodeno stanište.
Biljke su dostigle veliku raznolikost tokom perioda karbona. Biljke su se razvile i mogle su dostići visinu i do 30 metara. U ovom periodu pojavile su se prve golosemenke. Najrasprostranjenije vrste bili su likofiti i kordaiti. Kordaiti su svojim oblikom debla ličili na crnogorične biljke i imali su dugačko lišće. Nakon ovog perioda, površina Zemlje je raznolika raznim biljkama koje su dostizale 30 metara visine. Nakon mnogo vremena, naša planeta je postala slična onoj koju sada poznajemo. Sada na planeti postoji ogromna raznolikost životinja i biljaka, a pojavio se i čovjek. Čovek je, kao razumno biće, nakon što je stao „na noge“, svoj život posvetio učenju. Zagonetke su počele zanimati ljude, kao i ono najvažnije - odakle je čovjek došao i zašto postoji. Kao što znate, još uvijek nema odgovora na ova pitanja, postoje samo teorije koje su jedna drugoj u suprotnosti.
Pojava života je glavno pitanje koje je oduvijek brinulo inteligentno čovječanstvo. Odgovori na njega mijenjali su se onoliko često koliko je čovjekova ideja o svjetskom poretku. U isto vrijeme, obje verzije o božanskoj prirodi života i pretpostavke da se život rađa sam od sebe mogle bi koegzistirati: bacite krpu u ugao kolibe - i nakon nekog vremena iz ove krpe će se roditi miševi. Iskreno govoreći, vrijedno je napomenuti da ovom pitanju danas nije postignut kraj. Štaviše, moderna nauka ne može ni odgovoriti na pitanje šta je život. Ali ono oko čega su prirodni naučnici jednoglasni je da su, najvjerovatnije, prva organska stvorenja na planeti Zemlji bila prve bakterije.
Prihvatiti da se organski život razvio iz najjednostavnijeg jednoćelijskog organizma, koji se ne može vidjeti svakim mikroskopom, nije laka odluka. Čak ni moderno društvo nije sasvim spremno da napusti ideju o prisutnosti Božje providnosti i preuzme punu odgovornost za ono što se događa isključivo na sebe, a u ranijim stoljećima takve ideje su nazivane herezom i pobunom.
Etički i kulturni aspekti društvenog života uvijek su uticali na brzinu i smjer naučnog i tehnološkog napretka (i taj utjecaj nije uvijek bio negativan). Ali, pored etičkih problema, postoje i objektivne poteškoće koje nam ne dozvoljavaju da stavimo sve točke na i po pitanju pojave prvih živih organizama.
Sljedeće okolnosti ne dozvoljavaju da sljedeće okolnosti konačno osiguraju pravo autotrofnih i heterotrofnih bakterija da budu pioniri u formiranju organskog života na planeti Zemlji:
- Jedan od principa naučnog pristupa, koji kaže da je priroda u principu nespoznatljiva i da uvijek postoji mogućnost dobijanja novih podataka koji mogu promijeniti zvaničnu naučnu paradigmu.
- Nedostatak potpune slike procesa uslijed kojeg bi iz neorganskih spojeva mogao nastati složeni samoreplicirajući organski molekul.
- Nedostatak pristupa sedimentima koji su se formirali na planeti Zemlji na samom početku njenog postojanja.
Postoje sugestije da su se prve autotrofne bakterije pojavile na Zemlji u prvih sto miliona godina postojanja planete.
Za sada se ova hipoteza ne može ni potvrditi ni opovrgnuti. Postoji nekoliko razloga za ovu nesigurnost:
- Najstarije pronađene sedimentne naslage nastale su prije 3,9 milijardi godina i već sadrže tragove bakterija.
- Nedostatak mogućnosti proučavanja kasnijih stijena sugerira da one također mogu sadržavati tragove bakterija.
Čini se da se pitanje kada su se pojavile bakterije i prije koliko godina su se organske molekule počele kopirati koristeći energiju dobivenu iz okoliša odgađati dok se ne identifikuju geološki objekti koji su što bliži starosti planeta.
Kako su se pojavili
Ako apstrahiramo od vremena kada su se pojavili prvi prokarioti i postavimo pitanje kako su se pojavili, možete saznati mnogo zanimljivih stvari o tome na čemu se temelji organski zemaljski život.
Odgovor leži u onim prvim procesima koji su nastali u beživotnim i otrovnim, prema modernim standardima, vodama primarnog okeana.
Moderne bakterije, koje se proučavaju u svrhu liječenja ljudi, njihove prehrane i uklanjanja otpada nemaju nikakve veze s prvim bakterijama koje su živjele na Zemlji.
Na primjer, danas se aktivno proučava bakterija Helicobacter pylori, koja je zarazila više od polovine svjetske populacije i koja je uzročnik peptičkih čira na želucu i dvanaestopalačnom crijevu.
U potrazi za alatima za liječenje ove bolesti, biolozi su radili na hipotezi da su prvi ljudi zaraženi ovom bakterijom od životinja. Međutim, noviji podaci pokazuju da je upravo čovjek postao prvi rezervoar za život Helicobacter pylori. Daljnja infekcija životinja nastala je kao rezultat kontakta između ovih potonjih i ljudi.
Ova informacija je od velike vrijednosti za liječenje čira, jer je razumijevanjem evolucijskih puteva bakterija ulkusa mnogo lakše razviti sveobuhvatno liječenje i preventivne mjere.
Osim proučavanja živih bakterijskih kultura, mikrobiolozi i farmaceuti pokušavaju stvoriti umjetne mikroorganizme koji također mogu riješiti probleme dijagnosticiranja i liječenja ljudskih bolesti.
Danas se istražuju mogućnosti umjetnih bakterija stvorenih na bazi obične E. coli za dijagnosticiranje raka i dijabetesa. Otkrivanje ovih bolesti u ranim fazama pomaže u postizanju visokih rezultata u liječenju.
Međutim, treba shvatiti da umjetna bakterija nije mikroorganizam stvoren od sintetičkih materijala. Sintetička bakterija je obična bakterija u kojoj se vrše određene promjene u njenom genetskom kodu.
Jpeg" alt="Prljava voda iz slavine" width="300" height="199" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/06/Grjaznaja-voda-iz-krana-300x199..jpeg 640w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px"> Так, например, та же синтетическая кишечная палочка, благодаря изменению ДНК искусственным путем, при повышении сахара в крови диабетика начинает вырабатывать флуоресцирующий белок, который, попадая в мочу больного, сразу проявляет себя на специальных биохимических тестах.!}
Uprkos obećanju razvoja u oblasti stvaranja sintetičkih bakterija neophodnih za lečenje i dijagnostiku ljudi, ova naučna dostignuća su veoma opasna.
Mnoge javne institucije pozivaju programere inovacija za stvaranje umjetnih bakterija da odbiju patentirati svoje razvoje, budući da moderna nauka još ne može odgovoriti na pitanje što će se dogoditi ako sintetičke bakterije postanu dio prirodnog bakterijskog okruženja planete.
I gotovo je nemoguće pratiti trenutak prodora umjetnih bakterija u prirodno okruženje.
Uspon eukariota na Zemlji počeo je prije otprilike 1 milijardu godina, iako se prvi od njih pojavio mnogo ranije (možda prije 2,5 milijarde godina). Porijeklo eukariota moglo bi se povezati s prisilnom evolucijom prokariotskih organizama u atmosferi koja je počela sadržavati kisik.
Simbiogeneza - glavna hipoteza porijekla eukariota
Postoji nekoliko hipoteza o poreklu eukariotskih ćelija. Najpopularniji - simbiotska hipoteza (simbiogeneza). Prema njoj, eukarioti su nastali kao rezultat spajanja različitih prokariota u jednoj ćeliji, koji su prvo ušli u simbiozu, a zatim, sve više se specijalizirajući, postali organele jedne ćelije organizma. U najmanju ruku, mitohondrije i hloroplasti (plastidi općenito) imaju simbiotsko porijeklo. Nastali su od bakterijskih simbionta.
Ćelija domaćin bi mogla biti relativno veliki anaerobni heterotrofni prokariot, sličan amebi. Za razliku od drugih, mogao je steći sposobnost hranjenja fagocitozom i pinocitozom, što mu je omogućilo da uhvati druge prokariote. Nisu svi probavljeni, već su vlasnika opskrbljivali proizvodima svoje vitalne aktivnosti). Zauzvrat, iz njega su dobijali hranljive materije.
Mitohondrije su nastale od aerobnih bakterija i omogućile su ćeliji domaćinu da pređe na aerobno disanje, koje ne samo da je mnogo efikasnije, već i olakšava život u atmosferi koja sadrži prilično veliku količinu kiseonika. U takvom okruženju aerobni organizmi dobijaju prednost u odnosu na anaerobne.
Kasnije su se drevni prokarioti slični živim plavo-zelenim algama (cijanobakterijama) naselili u nekim ćelijama. Oni su postali hloroplasti, što je dovelo do evolucijske grane biljaka.
Pored mitohondrija i plastida, flagele eukariota mogu imati simbiotsko porijeklo. Postale su simbiontske bakterije, poput modernih spiroheta sa flagelom. Vjeruje se da su centriole, tako važne strukture za mehanizam diobe stanica kod eukariota, naknadno nastale iz bazalnih tijela flagela.
Endoplazmatski retikulum, Golgijev kompleks, vezikule i vakuole možda potječu od vanjske membrane nuklearnog omotača. S druge tačke gledišta, neke od navedenih organela mogle su nastati pojednostavljivanjem mitohondrija ili plastida.
Pitanje porijekla jezgra ostaje uglavnom nejasno. Da li je također mogao nastati od prokariotskog simbionta? Količina DNK u jezgri modernih eukariota je višestruko veća od one u mitohondrijima i hloroplastima. Možda se dio genetskih informacija potonjeg s vremenom preselio u jezgro. Takođe, tokom procesa evolucije, došlo je do daljeg povećanja veličine nuklearnog genoma.
Osim toga, u simbiotskoj hipotezi o porijeklu eukariota, nije sve tako jednostavno sa ćelijom domaćinom. Možda nisu samo jedna vrsta prokariota. Koristeći metode poređenja genoma, naučnici zaključuju da je ćelija domaćin bliska arheji, dok kombinuje karakteristike arheje i niza nepovezanih grupa bakterija. Iz ovoga možemo zaključiti da je do pojave eukariota došlo u složenoj zajednici prokariota. U ovom slučaju, proces je najvjerovatnije započeo s metanogenim arhejama, koje su ušle u simbiozu s drugim prokariotima, što je uzrokovano potrebom za životom u okruženju kisika. Pojava fagocitoze podstakla je priliv stranih gena, a formirano je jezgro da zaštiti genetski materijal.
Molekularna analiza je pokazala da različiti eukariotski proteini potiču iz različitih grupa prokariota.
Dokazi za simbiogenezu
Simbiotsko porijeklo eukariota potkrepljuje činjenica da mitohondriji i hloroplasti imaju svoju DNK, koja je kružna i nije povezana s proteinima (to je slučaj i kod prokariota). Međutim, mitohondrijski i plastidni geni imaju introne, koje prokarioti nemaju.
Plastide i mitohondrije ćelija ne reproducira od nule. Oni se formiraju od već postojećih sličnih organela kroz njihovu podjelu i kasniji rast.
Trenutno postoje amebe koje nemaju mitohondrije, već imaju simbiontske bakterije. Postoje i protozoe koje kohabitiraju s jednoćelijskim algama, koje djeluju kao hloroplasti u ćeliji domaćinu.
Invaginaciona hipoteza porekla eukariota
Osim simbiogeneze, postoje i drugi pogledi na porijeklo eukariota. Na primjer, hipoteza intususcepcije. Prema njoj, predak eukariotske ćelije nije bio anaerobni, već aerobni prokariot. Drugi prokarioti bi se mogli vezati za takvu ćeliju. Tada su njihovi genomi kombinovani.
Jezgro, mitohondrije i plastidi nastali su invaginacijom i odvajanjem dijelova ćelijske membrane. Strani DNK je ušao u ove strukture.
Složenost genoma nastala je u procesu dalje evolucije.
Invaginaciona hipoteza o porijeklu eukariota dobro objašnjava prisustvo dvostruke membrane u organelama. Međutim, to ne objašnjava zašto je sistem biosinteze proteina u hloroplastima i mitohondrijama sličan prokariotskom, dok onaj u nuklearno-citoplazmatskom kompleksu ima ključne razlike.
Razlozi evolucije eukariota
Sva raznolikost života na Zemlji (od protozoa preko kritosjemenjača do sisara) dovela je do eukariotskih, a ne prokariotskih ćelija. Postavlja se pitanje zašto? Očigledno je da su brojne karakteristike koje su se pojavile kod eukariota značajno povećale njihove evolucijske sposobnosti.
Prvo, eukarioti imaju nuklearni genom koji je mnogo puta veći od genoma prokariota. U isto vrijeme, eukariotske stanice su diploidne; osim toga, u svakom haploidnom skupu, određeni geni se ponavljaju mnogo puta. Sve to, s jedne strane, osigurava veliku varijabilnost mutacije, a s druge strane smanjuje opasnost od naglog smanjenja održivosti kao rezultat štetne mutacije. Dakle, eukarioti, za razliku od prokariota, imaju rezervu nasljedne varijabilnosti.
Eukariotske ćelije imaju složeniji mehanizam za regulaciju životne aktivnosti, imaju znatno više različitih regulatornih gena. Osim toga, molekuli DNK formirali su komplekse sa proteinima, što je omogućilo da se nasljedni materijal pakuje i raspakuje. Sve zajedno, to je omogućilo čitanje informacija u dijelovima, u različitim kombinacijama i količinama, u različito vrijeme. (Ako se u prokariotskim ćelijama transkribuju skoro sve informacije o genomu, onda u eukariotskim ćelijama obično manje od polovine.) Zahvaljujući tome, eukarioti bi se mogli bolje specijalizovati i prilagoditi.
Eukarioti su razvili mitozu, a zatim mejozu. Mitoza omogućava reprodukciju genetski sličnih ćelija, a mejoza uvelike povećava kombinativnu varijaciju, što ubrzava evoluciju.
Aerobno disanje, koje je stekao njihov predak, odigralo je veliku ulogu u prosperitetu eukariota (iako ga imaju i mnogi prokarioti).
U zoru svoje evolucije, eukarioti su dobili elastičnu membranu, koja je pružala mogućnost fagocitoze, i flagele, što im je omogućilo kretanje. To je omogućilo da se jede efikasnije.
Ruski paleontolozi postavili su bombu pod tradicionalnim pogledima na porijeklo života na planeti. Istorija Zemlje se mora ponovo napisati.
Vjeruje se da je život na našoj planeti počeo prije otprilike 4 milijarde godina. A prvi stanovnici Zemlje bile su bakterije. Milijarde pojedinaca formirale su kolonije koje su prekrivale ogromna prostranstva morskog dna živim filmom. Drevni organizmi bili su u stanju da se prilagode surovim realnostima stvarnosti. Visoke temperature i okruženje bez kiseonika uslovi su u kojima je veća verovatnoća da ćete umreti nego preživeti. Ali bakterije su preživjele. Jednoćelijski svijet je bio u stanju da se prilagodi agresivnom okruženju zbog svoje jednostavnosti. Bakterija je ćelija koja u sebi nema jezgro. Takvi organizmi se nazivaju prokarioti. Sljedeći krug evolucije povezan je s eukariotima - stanicama s jezgrom. Prelazak života u sljedeću fazu razvoja dogodio se, u što su naučnici bili uvjereni donedavno, prije oko 1,5 milijardi godina. Ali danas su mišljenja stručnjaka o ovom datumu podijeljena. Razlog za to bila je senzacionalna izjava istraživača sa Paleontološkog instituta Ruske akademije nauka.
Daj mi malo vazduha!
Prokarioti su igrali važnu ulogu u istoriji evolucije biosfere. Bez njih ne bi bilo života na Zemlji. Ali svijet stvorenja bez nuklearne energije bio je lišen mogućnosti da se progresivno razvija. Kakvi su bili prokarioti prije 3,5-4 milijarde godina, ostali su skoro isti do danas. Prokariotska ćelija nije u stanju da stvori složen organizam. Da bi evolucija krenula dalje i stvorila složenije oblike života, bila je potrebna drugačija, naprednija vrsta ćelije - ćelija sa jezgrom.
Pojavi eukariota prethodio je jedan veoma važan događaj: kiseonik se pojavio u Zemljinoj atmosferi. Ćelije bez jezgra mogle bi živjeti u okruženju bez kisika, ali eukarioti više ne bi mogli živjeti. Prvi proizvođači kiseonika su najvjerovatnije bile cijanobakterije, koje su pronašle efikasan metod fotosinteze. Šta bi on mogao biti? Ako su prije ove bakterije koristile sumporovodik kao donora elektrona, tada su u nekom trenutku naučile primati elektron iz vode.
„Prelazak na korištenje tako gotovo neograničenog resursa kao što je voda otvorio je evolucijske mogućnosti za cijanobakterije“, smatra Aleksandar Markov, istraživač na Paleontološkom institutu Ruske akademije nauka. Umjesto uobičajenog sumpora i sulfata, kisik se počeo oslobađati tokom fotosinteze. A onda je, kako kažu, počela zabava. Pojava prvog organizma sa ćelijskim jezgrom otvorila je ogromne mogućnosti za evoluciju cijelog života na Zemlji. Razvoj eukariota doveo je do pojave tako složenih oblika kao što su biljke, gljive, životinje i, naravno, ljudi. Sve imaju istu vrstu ćelije, sa jezgrom u centru. Ova komponenta je odgovorna za skladištenje i prenošenje genetskih informacija. On je također utjecao na to da su se eukariotski organizmi počeli razmnožavati spolnom reprodukcijom.
Biolozi i paleontolozi proučavali su eukariotsku ćeliju što je moguće detaljnije. Pretpostavljali su da znaju i vrijeme nastanka prvih eukariota. Stručnjaci su dali brojke od prije 1-1,5 milijardi godina. Ali odjednom se pokazalo da se ovaj događaj dogodio mnogo ranije.
Neočekivano otkriće
Davne 1982. paleontolog Boris Timofejev sproveo je zanimljivu studiju i objavio njene rezultate. U arhejskim i donjem proterozojskim stijenama (2,9-3 milijarde godina) u Kareliji, otkrio je neobične fosilizirane mikroorganizme veličine oko 10 mikrometara (0,01 milimetar). Većina nalaza je bila sfernog oblika, čija je površina bila prekrivena naborima i šarama. Timofejev je pretpostavio da je otkrio akritarhe - organizme koji su klasifikovani kao predstavnici eukariota. Ranije su paleontolozi pronašli slične uzorke organske tvari samo u mlađim sedimentima - starim oko 1,5 milijardi godina. Naučnik je pisao o ovom otkriću u svojoj knjizi. "Kvalitet štampe tog izdanja bio je jednostavno užasan. Iz ilustracija je uglavnom bilo nemoguće bilo šta razumjeti. Slike su bile mutne sive mrlje", kaže Aleksandar Markov, "pa ne čudi što je većina čitalaca prelistavala ovo posao, bacio ga na stranu, bezbedno da ga zaboravim." Senzacija je, kao što se često dešava u nauci, ležala na polici za knjige dugi niz godina.
Direktor Paleontološkog instituta Ruske akademije nauka, doktor geoloških i mineraloških nauka, dopisni član Ruske akademije nauka Aleksej Rozanov, sasvim slučajno se prisjetio Timofejevog rada. Odlučio je još jednom, koristeći moderne uređaje, istražiti zbirku karelijskih uzoraka. I vrlo brzo se uvjerio da su to zaista organizmi slični eukariotima. Rozanov je uvjeren da je otkriće njegovog prethodnika važno otkriće, što je uvjerljiv razlog za reviziju postojećih pogleda na vrijeme prve pojave eukariota. Hipoteza je vrlo brzo dobila pristalice i protivnike. Ali čak i oni koji dijele Rozanovljev stav govore o ovom pitanju suzdržano: "U principu, pojava eukariota prije 3 milijarde godina je moguća. Ali to je teško dokazati", kaže Aleksandar Markov. "Prosječna veličina prokariota kreće se od 100 nanometara do 1 mikrona, "Eukarioti se kreću od 2-3 do 50 mikrometara. U stvarnosti, rasponi veličina se preklapaju. Istraživači često pronalaze primjerke i džinovskih prokariota i sićušnih eukariota. Veličina nije 100% dokaz." Testiranje hipoteze zaista nije lako. U svijetu više nema primjeraka eukariotskih organizama dobijenih iz arhejskih naslaga. Također nije moguće upoređivati antičke artefakte sa njihovim modernim pandanima, jer potomci akritarha nisu preživjeli do danas.
Revolucija u nauci
Ipak, oko Rozanovljeve ideje digla se velika gužva u naučnoj zajednici. Neki ljudi kategorički ne prihvataju Timofejevljev nalaz, jer su sigurni da prije 3 milijarde godina na Zemlji nije bilo kisika. Drugi su zbunjeni temperaturnim faktorom. Istraživači vjeruju da ako su se eukariotski organizmi pojavili tokom arhejske ere, onda bi, grubo govoreći, odmah kuhali. Aleksej Rozanov kaže sledeće: "Obično se parametri kao što su temperatura, količina kiseonika u vazduhu i salinitet vode određuju na osnovu geoloških i geohemijskih podataka. Ja predlažem drugačiji pristup. Prvo koristite paleontološke nalaze za procenu nivoa biološke Potom na osnovu ovih podataka odredite koliko je kiseonika trebalo da bude u Zemljinoj atmosferi da bi se jedan ili drugi oblik života osećao normalno.Ako su se pojavili eukarioti, onda bi kiseonik već trebao biti prisutan u atmosferi, u regionu od nekoliko procenata sadašnjeg nivoa. Ako bi se pojavio crv, sadržaj kiseonika bi „već trebao biti desetine procenata. Tako je moguće napraviti grafikon koji odražava pojavu organizama različitih nivoa organizacije u zavisnosti od povećanja kiseonika. i smanjenje temperature." Aleksej Rozanov je sklon da odgurne što je moguće dalje trenutak pojave kiseonika i da ekstremno smanji temperaturu drevne Zemlje.
Ako se može dokazati da je Timofejev pronašao fosilizirane mikroorganizme slične eukariotima, to će značiti da će čovječanstvo uskoro morati promijeniti svoje uobičajeno razumijevanje toka evolucije. Ova činjenica nam omogućava da kažemo da se život na Zemlji pojavio mnogo ranije nego što se očekivalo. Osim toga, ispostavilo se da je potrebno revidirati evolucijsku hronologiju života na Zemlji, koja je, ispostavilo se, skoro 2 milijarde godina starija. Ali u ovom slučaju ostaje nejasno kada, gdje, u kojoj fazi razvoja je prekinut evolucijski lanac ili zašto je njegov napredak usporen. Drugim riječima, potpuno je nejasno šta se dešavalo na Zemlji 2 milijarde godina, gdje su se eukarioti sve ovo vrijeme skrivali: stvara se prevelika bijela mrlja u istoriji naše planete. Potrebna je još jedna revizija prošlosti, a ovo je kolosalan posao po obimu, koji možda nikada neće završiti.
MIŠLJENJA
Doživotno
Vladimir Sergejev, doktor geoloških i mineraloških nauka, vodeći istraživač na Geološkom institutu Ruske akademije nauka:
Po mom mišljenju, sa takvim zaključcima treba biti oprezniji. Podaci Timofejeva su zasnovani na materijalu koji ima sekundarne promene. I to je glavni problem. Ćelije eukariotskih organizama podvrgnute su hemijskoj razgradnji, a mogle su ih i uništiti bakterije. Smatram da je neophodno ponovo analizirati Timofejevljeve nalaze. Što se tiče vremena pojave eukariota, većina stručnjaka vjeruje da su se pojavili prije 1,8-2 milijarde godina. Postoje neki nalazi čiji biomarkeri ukazuju na pojavu ovih organizama prije 2,8 milijardi godina. U principu, ovaj problem je povezan sa pojavom kiseonika u Zemljinoj atmosferi. Prema općeprihvaćenom mišljenju, nastao je prije 2,8 milijardi godina. A Aleksej Rozanov pomera ovo vreme na 3,5 milijardi godina. Sa moje tačke gledišta, to nije tačno.
Aleksandar Belov, paleoantropolog:
Sve što nauka danas pronalazi samo je djelić materijala koji još može postojati na planeti. Očuvani oblici su vrlo rijetki. Činjenica je da su za očuvanje organizama potrebni posebni uslovi: vlažno okruženje, nedostatak kiseonika, mineralizacija. Mikroorganizmi koji su živjeli na kopnu možda uopće nisu stigli do istraživača. Po mineraliziranim ili fosiliziranim strukturama naučnici procjenjuju kakav je život postojao na planeti. Materijal koji dolazi u ruke naučnika je mešavina fragmenata iz različitih epoha. Klasični zaključci o nastanku života na Zemlji možda nisu tačni. Po mom mišljenju, nije se razvijao od jednostavnog do složenog, već se pojavio odjednom.
Maya Prygunova, Itogi magazin br. 45 (595)
